淺析一種LIN協(xié)議驅動器的原理及應用設計
引言：
LIN總線做為CAN總線的有效補充，在低端車身電子領域替代CAN總線，既能滿足功能要求，又能節(jié)約成本，在對成本更加敏感的國產車上得到大規(guī)模應用。不同于CAN總線有專門的協(xié)議驅動器，用戶不用管理底層的通信而直接進行應用程序的編寫1，LIN總線沒有專門的協(xié)議驅動器，一般需要在SCI模塊的基礎上用軟件實現其底層通信，筆者為某國產車設計了一款LIN主節(jié)點產品，結合LIN 2.0規(guī)范，首先介紹下LIN協(xié)議驅動器的功能，然后從數據鏈路層、應用層兩個方面介紹協(xié)議驅動器的關鍵設計技術。
1 驅動器功能：
LIN規(guī)范定義了數據格式、報文格式以及基于時間片的調度通信機制，做為LIN主節(jié)點，需要實現的功能包括：
1、報文的封裝和發(fā)送、接收和解析，根據報文格式填充/提取ID和數據;
2、通信管理，以調度表的方式控制時間片的輪轉和相應幀的發(fā)送;
3、網絡管理，休眠和喚醒;
LIN總線采取8N1的SCI數據格式，協(xié)議驅動器在SCI的基礎上以軟件的形式實現。軟件就是“數據+操作”2，做為一個可復用、移植性強的軟件模塊，其數據結構和API函數的設計是軟件模塊設計的兩個重要組成部分，下面從數據鏈路層和應用層兩個方面介紹下協(xié)議驅動器的數據結構設計和API函數設計。
2 數據鏈路層：
數據鏈路層主要實現LIN報文的發(fā)送及接收，報文格式如圖1所示：
圖1 LIN報文格式
LIN報文由報文頭+響應組成，報文頭包括同步間隔、同步字段和標識符三個部分，其中同步間隔為10bit 0，同步場為0x55，標識符唯一標識該報文;響應包括數據和校驗和兩個部分，報文數據長度由應用層設計指定，也可以認為由標識符唯一指定，校驗和包括經典校驗和和增強型校驗和兩種方式，均采用帶進位加法進行計算，不同之處在于經典校驗和只對數據做校驗，而增強型校驗和的校驗數據中含有標識符，診斷報文采用經典校驗和，其它報文采用增強型校驗和。
由于LIN物理層為單線通信，且采取一種多從的時間片輪轉方式，不存在CAN總線的競爭總線問題3，所以LIN節(jié)點發(fā)送數據可以回讀到同樣的數據，其報文的發(fā)送和接收可以統(tǒng)一在SCI的接收中斷中，以狀態(tài)機的形式實現4，狀態(tài)對應報文的各個組成部分，狀態(tài)機跳轉條件便是數據接收中斷。根據LIN報文結構，設計如下形式的結構體，
typedef struct
{
uchar pid;
uchar datalen;
uchar data[8];
uchar checksum;
l_bool done;
l_state state;
l_bool error;
}l_frame;
其中pid為標識符，data為報文數據，datalen為數據長度，checksum為校驗和，state為狀態(tài)機狀態(tài)，其類型定義如下：
typedef enum
{
l_IDLE,
l_BREAK,
l_SYNC,
l_PID,
l_DATA,
l_CHECKSUM
}l_state;
狀態(tài)機設計在SCI接收中斷處理函數中實現，部分實現如下：
void l_ifc_rx_BcmIfc(void)
{
uchar ch,tmp,i;
ch=Lin_periph[SCIDRL];
switch(Cur_frame.state){
case l_IDLE:
if(0x00==ch){
Cur_frame.state=l_BREAK;
l_SendChar(0x55);
}else{
Cur_frame.state=l_IDLE;
}
break;
case l_BREAK:
if(0x55==ch){
Cur_frame.state=l_SYNC;
l_SendChar(Cur_sch_item->pid);
}else{
Cur_frame.state=l_IDLE;
}
break;
case l_SYNC:
if(Cur_sch_item->pid!=ch){
Cur_frame.state=l_IDLE;
}else{
Cur_frame.state=l_PID;
Cur_frame.pid=Cur_sch_item->pid;
Cur_frame.datalen=Cur_sch_item->datalen;
if(l_SEND==Cur_sch_item->mode){
tmp=Cur_sch_item->data[0];
l_SendChar(tmp);
Cur_frame.data[0]=tmp;
Cur_frame.datalen--;
}
}
break;
case l_PID:
Cur_frame.state=l_DATA;
if(l_SEND==Cur_sch_item->mode){
if(Cur_frame.datalen==0){
Cur_frame.check=l_CalcChksum();
l_SendChar(Cur_frame.checksum);
Cur_frame.done=1;
}else{
tmp=Cur_sch_item->data[Cur_sch_item->datalen-Cur_frame.datalen];
l_SendChar(tmp);
Cur_frame.data[Cur_sch_item->datalen-Cur_frame.datalen]=tmp;
Cur_frame.datalen--;
}
}else{
Cur_frame.data[0]=ch;
Cur_frame.datalen--;
}
break;
case l_DATA:
...
break;
case l_CHECKSUM:
default:
break;
}
}
在聲明變量和函數時，均以“l_”開頭，這樣可以避免跟其他模塊在變量和函數命名空間上的沖突，從而增強了可移植性。
3 應用層：
應用層主要實現報文信號訪問及通信管理。
3.1 信號訪問
首先為每個報文的數據場根據信號在報文數據場中的位置及長度設計相應的結構體，然后以結構體成員變量的方式對信號進行訪問。以與本節(jié)點通信的一個陽光傳感器所發(fā)報文為例，報文數據場長度為l_SunSensLen=4，其信號包括陽光采樣值、大燈操作請求、小燈操作請求等，報文數據場結構體如下所示：
typedef struct
{
l_bool l_ss_sshealth:1;
l_u8 l_ss_headlampreq:2;
l_bool l_ss_poslampreq:2;
l_u8 :3;
l_u8 l_ss_ssvalue:8;
l_u8 l_ss_headlampswth:8;
l_bool l_ss_sserror:1;
l_u8 :3;
l_u8 l_ss_ssmsgcounter:4;
}l_ss_msgType;
為了使用的方便，定義聯(lián)合體如下：
typedef union
{
l_u8 data[l_SunSensLen];
l_ss_msgType sunsens;
}l_ss_msgBuf;
為該報文數據場定義全局變量 l_ss_msgBuf l_SunSens;采取“不帶復制的訪問方式”5，直接對LIN信號賦值和取值，如對l_SunSens.sunsens.l_ss_headlampreq進行讀寫便實現了對大燈操作請求信號的訪問。之所以采取這種方式，是因為采用調度表方式的LIN報文周期固定，信號變化的速度為調度表長度的整數倍，對于LIN應用而言，基本為百毫秒的量級，應用程序對LIN信號數據的訪問速度遠大于這個變化速度，即在數據產生變化之前已經被訪問了，這種方式簡單直觀而且節(jié)省了變量空間。
3.2 通信管理
LIN通信采用時間片輪轉的方式調度通信，調度表管理是通信管理的核心，下面先給出調度表條目的數據結構：
typedef struct
{
uchar handle;
uchar pid;
l_Resp_mode mode;
uchar datalen;
uchar *data;
uchar ticks;
}l_sch_table_item;
調度表為l_sch_table_item結構體數組，pid表示該條目對應哪一個報文，mode表示本節(jié)點發(fā)送還是接收該數據場，*data為該報文數據場結構體的地址，ticks為該時間槽的長度，在對調度表數組進行初始化時，將報文數據場結構體變量的地址賦給調度表條目中的*data，這樣便實現了訪問方式一節(jié)中的“不帶復制的訪問方式”。調度表是一個環(huán)形的序列，調度到表尾則切換到表頭繼續(xù)輪轉，調度表的輪轉函數如下所示：
void l_sch_tick(void)
{
if(1==TM[LIN_TIMESLOT_MS].overflow_flag){
TM[LIN_TIMESLOT_MS].overflow_flag=0;
if(Cur_sch_item==&l_sch_table_main[l_MAIN_SLOTS-1]){
Cur_sch_item=l_sch_table_main;
}else{
Cur_sch_item++;
}
Cur_frame.state=l_IDLE;
Cur_frame.done=0;
Cur_frame.error=0;
if(Cur_sch_item->pid!=l_Freepid){
l_SendBreak();
}else{
;
}
TimerStart(LIN_TIMESLOT_MS,Cur_sch_item->ticks,0,1);
}
}
應用層功能還包括休眠和喚醒功能，在此不再贅述。
結語
本文實現的LIN協(xié)議驅動器模塊可以方便得集成到應用程序中，并且獨立于具體的處理器和所采用的操作系統(tǒng)，可移植性良好，具有很好的實用價值和借鑒意義。
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